半导体p-n结具有一起的整流特性，是很多电子元器材的根本构成单元，根据此所构建的传统固态光电勘探器(solid-state photodetector)可将光信号捕获并转换为输出电信号，被大范围的使用于成像、传感、勘探等范畴。但是，该类器材受限于传统p-n结的作业机理，其作业特征须遵循以下准则：(1)入射光子能量大于半导体的带隙；(2)在固定偏压下，发生的光电流朝固定方向单向活动（单向光电流），这大大约束了其在特别使用场景（例如高分辩多色成像、生物光电检测、便携式小型光谱仪、多通道光通讯和光逻辑运算等）中的使用。
近年来，脱离于经典固态光电勘探器的光电化学光勘探器(photoelectrochemical photodetector: PEC PD)引起了人们的浓厚兴趣，其作业进程不只包括传统半导体物理中载流子的发生、别离及传输进程，还触及电子和空穴在半导体外表/电解液界面处的氧化/复原反响进程。重要的是，在光电勘探和传感进程中，经过将化学反响进程与经典半导体物理进程相穿插，为控制载流子输运进程，完成半导体器材中的电流信号多维度调控供给了新的自由度。因而，曩昔两年多来，团队使用分子束外延（MBE）技术所制备的高晶体质量氮化镓（GaN）纳米线，构建了使用于日盲紫外光勘探范畴的光电化学光勘探器[Nano Letters 2021, 21, 120-129; Advanced Optical Materials 2021, 9, 2000893]。更进一步，具体评论了GaN基p-n结纳米线内部的电荷转移动力学，并经过在半导体纳米线外表润饰贵金属纳米颗粒，完成了电荷转移动力学的可控调制及高效紫外光勘探[Advanced Functional Materials 2021, 31, 2103007]。
根据前期的作业堆集，研讨人员从GaN基半导体p-n异质结能带结构规划，MBE外延工艺探究及纳米线描摹调控动身，结合DFT榜首性原理理论核算优化及半导体外表金属铂（Pt）纳米颗粒定向润饰，成功构建了根据p-AlGaN/n-GaN异质p-n结的光谱可分辩型光电勘探器[Nature Electronics 2021, 4, 645–652]。图1为器材的作业原理示意图。在固定偏压下，该器材在两种不同波长光的照射下展现出一起的光电流极性回转现象：在254nm光照下光电流为负电流，而在365nm光照下光电流为正电流。具体来说，为完成光电流极性回转，特别规划的顶部p-AlGaN被用于与底部n-GaN一起吸收波长254 nm的光（图1b）。在254nm光照射下，p-AlGaN和n-GaN中一起发生电子-空穴对（图1a）。其间，p-AlGaN在电解质溶液中向下的外表能带曲折有利于其间的光生电子向纳米线外表漂移，驱动质子复原反响，而光生空穴则向p-n结中的空间电荷区域搬迁，与n-GaN发生的光生电子隧穿复合。与此一起，n-GaN中的光生空穴流经外电路，表现出负的光电流信号。而当纳米线nm光下时，因p-AlGaN不吸收365nm光照，仅有n-GaN吸收365nm光照后发生光生电子-空穴对。然后，由n-GaN在电解质溶液中出现的向上外表能带曲折作为驱动力，促进n-GaN中的光生空穴漂移到纳米线/溶液界面并进行水氧化反响。一起，在外表能带曲折和p-n结内建电场一起效果下，电子向外电路漂移，被记载为正的光电流。更进一步，理论核算证明：经过在半导体p-AlGaN外表润饰贵金属Pt纳米颗粒能够有用改进氢吸附自由能并进步光电化学光勘探进程中的光生载流子别离功率。据此，研讨人员使用光化学复原法，成功在纳米线）晶面定向润饰Pt纳米颗粒（图2b-d）。终究，在固定偏压下，研讨人员成功观察到在不同波长光照下GaN基pn结纳米线中的光电流极性回转现象（图2a）。
图2.器材在不同波长光照下的光呼应功用（a）及Pt纳米颗粒润饰p-n异质结纳米线描摹表征（b,c,d）
该新式器材架构不只克服了传统固态p-n结光电勘探器的功用约束，经过改动半导体资料自身带隙（如组分调控等手法），还能轻松完成从深紫外到近红外全光谱呼应掩盖，有望为便携式光谱仪、液体环境（如水下，生物体内）光电勘探和传感、高分辩率多通道光电传感器/成像设备、光控逻辑电路等未来新学科穿插范畴带来新的使用打破。
我国科学技术大学微电子学院孙海定研讨员为论文通讯作者，微电子学院博士生汪丹浩为论文榜首作者，合肥微标准物质科学国家研讨中心胡伟研讨员，美国密歇根大学Mi Zetian教授，澳大利亚国立大学傅岚教授（我国科大微电子学院客座教授）参加了项目的联合攻关。此项研讨作业得到了国家自然科学基金项目、中科大双一流建造经费、中心高校根本科研基金等专项经费的赞助，也得到了我国科大微电子学院、我国科大微纳研讨与制作中心、我国科大信息科学实验中心、国家同步辐射实验室和中科院无线光电通讯要点实验室的支撑。
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